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Fibra óptica reinventa la industria y las telecomunicaciones

En Colombia su aplicación estaría orientada a medir y monitorear deslizamientos de tierra, en el sector petrolero, e incluso en el área biomédica debido a su alta sensibilidad.

Uno de los problemas que presentan los sensores electrónicos que normalmente se consiguen en el mercado a un precio asequible es que, al funcionar con electrones, están expuestos a la interferencia electromagnética. Por ejemplo, en algunos sensores la lectura de los campos electromagnéticos se altera con el paso de un carro.

El investigador Erick Estefen Reyes Vera, Ph. D. en Ingeniería – Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Bogotá, desarrolló una[1] que propone una segunda alternativa para crear estos sensores, la cual consiste en emplear la fibra de cristal fotónico híbrida.

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Según el estudio, dichos sensores de fibra óptica terminan siendo más eficientes que los electrónicos, ya que por ser de vidrio no se oxidan, lo que hace su vida útil más larga, y aunque a corto plazo la inversión en ellos es más elevada que la de los electrónicos, a mediano y largo plazo brindan mayores beneficios.

Además, las señales ópticas no son perturbadas por señales electromagnéticas, como sí ocurre con los sensores electrónicos, debido a que trabajan con fotones (sin carga electromagnética) y no con electrones; a pesar de estar hechos de vidrio, un material aparentemente frágil (en esfuerzos laterales), resulta más resistente.

Novedosa tecnología

Según el profesor Pedro Torres, la tecnología de fibra óptica brinda la posibilidad de hacer multiplexación –que consiste en incrementar los canales de comunicación y de medición–, por lo cual permite lecturas a varios sensores simultáneamente. Para que esto se dé en un sensor electrónico se necesitarían conexiones electrónicas para cada sensor, ya que necesitan manejo de corriente y voltaje.

Por su parte, el investigador Reyes destaca que otra de las ventajas de esta tecnología es que este tipo de sensores puede medir muchas variables simultáneamente con solo una unidad sensora, en la que, por ejemplo, puede haber 20 sensores de presión, 20 de temperatura, 20 de humedad, y leerlos con una sola unidad.

Resalta además el uso de sensores de fibra óptica en ambientes y condiciones extremas –como los empleados en altas temperaturas o dentro de hornos–, en las que el vidrio tiene mayor resistencia frente al metal, pues para que este se funda se necesitan entre 1.900 y 2.000 oC, es decir que se pueden exponer a condiciones extremas. Por su parte los sensores electrónicos, al estar expuestos al medioambiente, en ocasiones durante largas jornadas, requerirán un gasto en su protección para que puedan resistir más, lo que significa que tendrán un mayor desgaste y menor tiempo de vida útil.

“En represas, por ejemplo, hay mucha humedad y se usan sensores electrónicos, la humedad los oxida y se dañan, mientras que el material de fibra óptica, por ser de vidrio ni se oxida ni se daña”, señaló el investigador Reyes.

Reinvención para las telecomunicaciones

Según la investigación, desde hace alrededor de 15 años, estudios e investigaciones de todo el mundo –apoyadas por empresas grandes de telecomunicaciones como Nokia– se percataron de que si seguían con la misma infraestructura, y no daban un salto tecnológico importante en los 10 años siguientes, la capacidad de transmisión de información llegaría a un punto de estancamiento, es decir que la demanda ya iba a ser tan grande, que la velocidad de transmisión sería muy lenta, volviendo a las velocidades que dependían de una conexión telefónica a principios del 2000.

Ante esto, la tesis doctoral, además de generar una propuesta para los sensores, también abordó esa necesidad tecnológica. En la actualidad uno de los mayores retos en la industria de las telecomunicaciones está relacionado con el incremento de la capacidad de transmisión de los enlaces de comunicaciones ópticas.

Para lograrlo, muchos expertos han recomendado usar la técnica de multiplexación por división espacial, debido a que esta ofrece la capacidad de multiplicar el número de canales o su capacidad de transmisión.

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Esta técnica se divide en dos ramas, una consiste en mandar la información con fibras ópticas que tuviera múltiples núcleos, algo completamente nuevo pues lo que se encuentra instalado en la calle y el comercio son fibras con un solo núcleo, es decir lo que se hacía con un núcleo, al usar una fibra de 8 núcleos, haría que esa capacidad de transmisión se multiplique por 8.

La otra rama emplea fibras de pocos modos para enviar información, en la que cada modo se emplea como si fuera un canal nuevo de transmisión, permitiendo así multiplicar la capacidad de transmisión del enlace; es decir, si tenemos una fibra óptica que permite la propagación de 10 modos, la capacidad de información del enlace se multiplica por 10. Esta última fue la alternativa explorada por los investigadores, quienes desarrollaron un conversor modal que no solo permitía la propagación de diversos modos, sino también su sintonización a través de efectos térmicos, lo cual abre la posibilidad de tener sistemas de conversión modal ampliamente versátiles y que se puedan ajustar según las necesidades de transmisión de información en el enlace óptico.

Los investigadores esperan desarrollar la construcción del prototipo de sus propuestas y utilizar la misma técnica de conversión modal en otras tecnologías. Por ejemplo, se planea construir un láser a base de fibra óptica, el cual sería tan pequeño, que podría caber en una caja de CD. Esperan que este láser se pueda aplicar en biología para trabajar las “pinzas ópticas”, que consisten en agarrar células o moléculas con la luz para moverlas o separarlas.

El profesor Torres resalta que actualmente se encuentran trabajando en la aplicación de la técnica de multiplexación en la tecnología 5G, que también está soportada en la fibra óptica.

“La tecnología 5G es una promesa de que se tendrán tasas de transmisión y operación más rápidas que las tecnologías 4G, aunque eso significa un mayor compromiso tecnológico por parte de la fibra óptica. En ese sentido, se espera mayor manejo de información, por lo que se deben buscar otras alternativas para lograr esta promesa de mayor tasa de transmisión”, concluyó el académico.


[1] Realizada con el apoyo y la dirección del Ph. D. Pedro Ignacio Torres Trujillo, y la Ph. D. Gloria Margarita Varón Duran.

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